EP1260894A2 - Verfahren zum Betrieb eines Antriebs und Vorrichtung - Google Patents

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EP1260894A2
EP1260894A2 EP02009137A EP02009137A EP1260894A2 EP 1260894 A2 EP1260894 A2 EP 1260894A2 EP 02009137 A EP02009137 A EP 02009137A EP 02009137 A EP02009137 A EP 02009137A EP 1260894 A2 EP1260894 A2 EP 1260894A2
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EP
European Patent Office
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values
value
threshold values
threshold
volatile memory
Prior art date
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EP02009137A
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English (en)
French (fr)
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EP1260894A3 (de
EP1260894B1 (de
Inventor
Roman Schäfer
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SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1260894A3 publication Critical patent/EP1260894A3/de
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0243—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model
    • G05B23/0254—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model based on a quantitative model, e.g. mathematical relationships between inputs and outputs; functions: observer, Kalman filter, residual calculation, Neural Networks
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0286—Modifications to the monitored process, e.g. stopping operation or adapting control
    • G05B23/0289—Reconfiguration to prevent failure, e.g. usually as a reaction to incipient failure detection

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a drive and a device.
  • drives are often used that include an electric motor Gearbox and an inverter include.
  • an electric motor Gearbox and an inverter include.
  • Nominal data to be observed when permanently exceeded especially when if the multiple of these nominal values is exceeded permanently, damage will occur can.
  • the invention is therefore based on the object of a method for operating a drive further training, taking risks to people and machines in a cost-effective manner should be reducible.
  • Another advantage is that the second values are saved and therefore from one correspondingly suitable device, in particular an electrically connectable computer, are processable. So there are also absolute and statistical data, in particular Probability distributions, determinable. Such data can also be used with for the drive known parameters, such as operating factors or the like, link and thus exceeding nominal values or permitted peak values or a Determine exceeding load limits.
  • the storage has a volatile memory is executed, the values of which after longer time intervals, in particular 15 minutes, in a non-volatile memory can be written.
  • the advantage here is that even after Power failure the data is retained. In the worst case, only the data go between the penultimate and the last time interval were lost.
  • the time period is in each case less than one second.
  • the advantage here is that the temporal resolution of the measurement data is very good.
  • the time segments are 50 milliseconds each.
  • the advantage here is that even short-term load peaks or fluctuations are noticeable.
  • each measurement variable is one or more Thresholds are assigned, and that these thresholds are each graded are selected.
  • the threshold values are graded constantly, so they form a consequence, the differences of directly successive threshold values of the sequence being the same.
  • the time segments are of equal size. Is an advantage that a mere incrementation of the respective meter reading also the complete one contains temporal information. The storage space requirement can thus be reduced considerably. This is particularly advantageous when using non-volatile memories such as EEPROM, because they can only be written slowly and therefore large amounts of data only slowly would be storable, while small ones would be sufficiently quick.
  • non-volatile memories such as EEPROM
  • the second values are read, in particular from a system comprising a microprocessor such as a PC, central control computer, Laptop or the like, and a standardized frequency distribution is determined from it.
  • a microprocessor such as a PC, central control computer, Laptop or the like
  • a standardized frequency distribution is determined from it.
  • the frequency distribution is two-dimensional or multidimensional, i.e. the frequency distribution is a function of two or more quantities is.
  • the advantage here is that the analysis does not just depend on one Size like example torque but also depending on other sizes like speed can be determined as an example.
  • the assessment of the burden is done with operational factors or operational factor functions that are practical and / or theoretically developed knowledge were determined.
  • the frequency distribution is a two-dimensional one Function of torque and speed is.
  • the advantage here is that in particular the load distribution can be represented in a simple and clear manner.
  • further parameters such as statistical values in particular, can be easily calculated.
  • the frequency distribution and service factor functions Calculate rated frequency distributions that exceed threshold values or Threshold curves Overloads and thus dangerous conditions can be identified.
  • the frequency distribution can in particular also be used to calculate parameters which are: Convolution integrals are defined. Statistical moments can also be easily calculated.
  • the frequency distribution is a discrete one Histogram determined. This makes the recorded second values particularly easy and record them discretely.
  • the measured variables include a torque, a Speed, a current and / or a voltage.
  • the advantage here is that the procedure can be used for different measured variables.
  • torque and / or speed are turned off Measured values determined using a mathematical model.
  • the advantage here is that not only values measured directly with sensors but also indirectly determined values are usable.
  • Essential features of the invention in the device are that sensors for Determination of measured variables with which the converter is electrically connected, the converter comprises at least one volatile memory, from the converter and / or from another Device at least one non-volatile memory is included, and that the non-volatile Memory can be electrically connected to the volatile memory for data exchange, that the second values are permanent even for power failure of the device can be saved.
  • the advantage here is that even in the event of a power failure, the essential amount the data is not lost.
  • a counter is available.
  • the advantage here is that in the device can be produced in a particularly simple and cost-effective manner, especially even without a microprocessor.
  • the device is designed such that for each Threshold value is assigned to a counter, the count of the counters being one represents the second value, being in each time period during the operating time Counter reading is then increased, in particular by an increment, if the respective value for the respective measured variable is equal to or smaller than that assigned to the meter reading Threshold and this threshold is the smallest of all the thresholds that are greater than the value for the measured variable.
  • FIG. 1 shows an exemplary time profile of the torque M of a drive schematically shown that drives a mechanical load.
  • the associated speed curve n is also shown in FIG. 1.
  • the time axis is marked with t.
  • the drive includes an electric motor and a gearbox that carry the mechanical load drives.
  • the load in the stationary case needs a constant one Torque.
  • Such drives can be used in systems such as examples Transport devices for people and / or goods on assembly lines.
  • electric motors are also included Brake and / or usable with angular or angular velocity sensors. About that single or multi-stage gearboxes can also be used.
  • a converter is used to supply the electric motor.
  • This includes sensors which can be used to determine other physical quantities. In particular is measured by the software of the signal electronics from values for current in a value for torque is determined at regular intervals. It uses the Software uses a mathematical motor model, which determines the specific value for torque also slight deviations from the true physical value of the torque can have, especially in the case of non-stationary, abrupt courses of the Torque.
  • a value for speed can also be determined with the software, whereby this Value also slight deviations from the true physical value of the speed may have, especially at low speeds or the speed 0 rpm.
  • the drive also includes one Angular or angular velocity sensor, the speed is even direct and therefore particularly easy to grasp.
  • the speed is even direct and therefore particularly easy to grasp.
  • other sensors such as torque sensors can be used, which then also provide a more direct and better value for torque.
  • the value for torque and the value become after each time period ⁇ t detected for speed and compared with threshold values.
  • To the thresholds are respective meter readings assigned at the beginning of the operating time of the converter when commissioning for the first time are set to zero.
  • the counter reading associated with the respective threshold value increases when the value for Torque or speed is equal to or less than the threshold and Threshold is the smallest of all those thresholds that are greater than the value for Torque or speed. This increase is proportional to the duration of the time periods. In the case of regular, equally large time segments, the counter reading is therefore incremented.
  • the time segments are irregular and of different sizes.
  • the counter reading is thus increased by an amount increased, which is proportional to the respective length of the period concerned.
  • the associated counter reading is also referred to as the second value.
  • the threshold values have a even equidistant gradation.
  • the first threshold is 10% of the Nominal value.
  • the second threshold at 20% of the nominal value.
  • the nth threshold lies then at n / 10 * 100% of the nominal value.
  • Embodiment runs n from 1 to 15 each for torque and speed. Each A counter reading is assigned to the threshold value.
  • each counter reading is a respective speed-torque combination assigned.
  • the counter readings form a double-indexed, finite matrix and are shown in FIG. 3 shown as an example in two dimensions.
  • the abscissa and ordinate are speed and Torque assigned.
  • FIG. 3 An exemplary matrix of counter readings is shown in FIG. 3. That area of Meter readings with all sizes below the nominal values, i.e. 100%, are darker characterized.
  • the matrix is used for further processing of the data by a computer Adding all counter readings determines the total number of time periods. By dividing all Matrix elements by this total number result from the matrix into a matrix discrete frequency distribution.
  • This frequency distribution is then used to determine the degree of exposure.
  • the matrix elements are multiplied by respective operating factors, whereby which are such that a critical number is exceeded by the respective Multiplication result indicates an impermissible load.
  • such is inadmissible Load the drive switched off or its performance limited.
  • the counter readings are stored in a first invention Embodiment in the converter itself.
  • a particular advantage of using equally large time periods is that one Incrementation of the respective counter readings is sufficient and thus the invention Procedure is executable for an extremely large number of periods. It will even only an extremely small memory is required. This is illustrated in Figure 2.
  • An exemplary one Memory for meter readings there only contains 4 bytes each. This results in a Sampling rate of 1 kHz, i.e. periods of 0.001 s, in the worst case a maximum evaluable operating time of 1193 hours, which is 49.7 days or about 0.1 years equivalent.
  • finer and / or not Uniform equidistant gradations of the threshold values can be carried out.
  • the Meter readings in larger time intervals, for example every 15 minutes, in one non-volatile memory such as EEPROM.
  • one non-volatile memory such as EEPROM.
  • the non-volatile memory is in an embodiment according to the invention in Converter installed. In another embodiment according to the invention it is mounted together with another electronic circuit in another housing, whereby it is connected to the converter via an electrical interface. to Evaluation can then be connected to a computer and the meter readings to this PC be transmitted. In other exemplary embodiments according to the invention, it is also Can be connected via a fieldbus or another bus. Alternatively, the dates are also in the non-volatile memory of another bus participant or the central computer transferable and evaluable there.

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Antriebs, wobei jeweils nach einem Zeitabschnitt
  • Werte für eine oder mehrere Messgrößen detektiert werden,
  • die Werte mit Schwellenwerten verglichen werden,
  • zweite Werte aus einem Speicher gelesen werden,
  • abhängig vom Ergebnis des Vergleichens die zweiten Werte verändert werden und dann im Speicher gespeichert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebs und eine Vorrichtung.
Bei industriellen Anlagen werden häufig Antriebe eingesetzt, die einen Elektromotor, ein Getriebe und einen Umrichter umfassen. Für insbesondere den Umrichter sind dabei Nenndaten zu beachten, bei deren dauerhafter Überschreitung, insbesondere bei dauerhafter Überschreitung des Mehrfachen dieser Nennwerte, eine Schädigung eintreten kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebs weiterzubilden, wobei in kostengünstiger Weise Gefahren für Menschen und Maschinen verminderbar sein sollen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren zum Betrieb eines Antriebs nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und der Vorrichtung nach den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass bei dem Verfahren jeweils nach einem Zeitabschnitt
  • Werte für eine oder mehrere Messgrößen bestimmt und/oder detektiert werden,
  • die Werte jeweils mit Schwellenwerten verglichen werden,
  • zweite Werte aus einem Speicher gelesen werden,
  • abhängig vom Ergebnis des Vergleichens die zweiten Werte verändert werden und dann im Speicher gespeichert werden.
Von Vorteil ist dabei, dass bei Antrieben, deren Belastung nur ungefähr oder gar nicht bekannt ist, eine Möglichkeit geschaffen ist, die ein Feststellen der auftretenden Größenordnung der physikalischen Größen erlaubt. Es ist also mit der Erfindung ermöglicht, bei einem Antrieb einer Anlage die auftretenden Werte für Drehmoment und Drehzahl zu bestimmen, insbesondere deren Häufigkeit des Auftretens der jeweiligen Werte. Somit sind auch Überlastungen, insbesondere einzelner Bauteile, erkennbar und es sind in kostengünstiger Weise Gefahren für Menschen und Maschinen verminderbar. Beispielsweise werden zur Gefahrverminderung die Antriebe ausgetauscht, verändert, abgeschaltet oder mit reduzierter Leistung betrieben. Außerdem ist somit auch eine Langzeitüberwachung ermöglicht, die eine Fehlersuche bei Problemen erleichtert oder sogar erst ermöglicht, da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Historie der Größen in zumindest komprimierter Form zugänglich ist. Besonders vorteilhaft ist dabei der lange Zeitraum, über den hinweg die Beobachtung ermöglicht ist.
Weiterer Vorteil ist, dass die zweiten Werte gespeichert werden und daher von einer entsprechend geeigneten Vorrichtung, insbesondere elektrisch verbindbarer Rechner, verarbeitbar sind. Somit sind auch absolute und statistische Daten, insbesondere Wahrscheinlichkeitsverteilungen, bestimmbar. Außerdem lassen sich solche Daten auch mit für den Antrieb bekannten Parametern, wie Betriebsfaktoren oder dergleichen, verknüpfen und somit ein Überschreiten von Nennwerten oder zugelassenen Spitzenwerten oder ein Überschreiten von Belastungsgrenzen feststellen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Speichern in einen flüchtigen Speicher ausgeführt wird, dessen Werte nach größeren Zeitabständen, insbesondere 15 Minuten, in einen nichtflüchtigen Speicher geschrieben werden. Von Vorteil ist dabei, dass auch nach Stromausfall die Daten erhalten bleiben. Im schlimmsten Fall gehen nur die Daten, die zwischen vorletztem und letztem Zeitabstand bestimmt wurden, verloren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Zeitabschnitt jeweils kleiner als eine Sekunde. Von Vorteil ist dabei, dass die zeitliche Auflösung der Messdaten sehr gut ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung betragen die Zeitabschnitte jeweils 50 Millisekunden. Von Vorteil ist dabei, dass auch zeitlich kurze Belastungsspitzen oder -schwankungen feststellbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind jeder Messgröße ein oder mehrere Schwellenwerte zugeordnet, und dass diese Schwellenwerte jeweils gemäß einer Stufung gewählt sind. Insbesondere sind die Schwellenwerte konstant gestuft, bilden also eine Folge, wobei die Differenzen direkt aufeinander folgender Schwellenwerte der Folge gleich sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Daten leicht interpretierbar sind und einen großen Informationsgehalt haben.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zeitabschnitte gleichgroß. Von Vorteil ist dabei, dass ein bloßes Inkrementieren des jeweiligen Zählerstandes auch die vollständige zeitliche Information enthält. Dadurch ist also der Speicherplatzbedarf erheblich reduzierbar. Dies ist insbesondere bei Einsatz von nichtflüchtigen Speichern wie EEPROM von Vorteil, weil diese nur langsam beschreibbar sind und somit große Datenmengen nur langsam speicherbar wären, kleine hingegen ausreichend schnell.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die zweiten Werte gelesen, insbesondere von einem einen Mikroprozessor umfassenden System wie PC, zentraler Steuerungsrechner, Laptop oder dergleichen, und daraus eine normierte Häufigkeitsverteilung bestimmt wird. Von Vorteil ist dabei, dass statistische Daten bestimmbar sind und somit Gefährdungen frühzeitig erkennbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Häufigkeitsverteilung zweidimensional oder mehrdimensional, also die Häufigkeitsverteilung eine Funktion zweier oder mehrerer Größen ist. Von Vorteil ist dabei, dass bei der Analyse die Belastung nicht nur abhängig von einer Größe wie beispielhaft Drehmoment sondern auch abhängig von weiteren Größen wie beispielhaft Drehzahl feststellbar ist. Beispielsweise werden die Komponenten des Antriebs, umfassend Umrichter, Elektromotor und Getriebe, bei gleichem Drehmoment und verschiedenen Drehzahlen verschieden belastet. Daher ist diese zwei- oder mehrdimensionale Verteilungsfunktion und/oder deren zugrunde liegende Absolutwerte von großem Vorteil bei der Gesamtbewertung der Belastung. Die Bewertung der Belastung erfolgt mit Betriebsfaktoren oder Betriebsfaktorfunktionen, die aus praktisch und/oder theoretisch erarbeitetem Wissen bestimmt wurden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Häufigkeitsverteilung eine zweidimensionale Funktion von Drehmoment und Drehzahl ist. Von Vorteil ist dabei, dass in besonders einfacher und übersichtlicher Weise die Belastungsverteilung darstellbar ist. Außerdem sind weitere Kenngrößen, wie insbesondere statistische Größen leicht errechenbar. Beispielsweise lassen sich mit der Häufigkeitsverteilung und Betriebsfaktorfunktionen bewertete Häufigkeitsverteilungen errechnen, die bei Überschreiten von Schwellwerten oder Schwellwertverläufen Überlastungen und somit gefährliche Zustände erkennen lassen. Mit der Häufigkeitsverteilung lassen sich insbesondere auch Kenngrößen errechnen, die durch Faltungsintegrale definiert sind. Auch statistische Momente lassen sich leicht berechnen.
Bei weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Häufigkeitsverteilung als diskretes Histogramm bestimmt. Somit lassen sich die erfassten zweiten Werte besonders einfach und vorteilhaft diskret erfassen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die Messgrößen ein Drehmoment, eine Drehzahl, einen Strom und/oder eine Spannung. Von Vorteil ist dabei, dass das Verfahren für verschiedene Messgrößen einsetzbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden Drehmoment und/oder Drehzahl aus Messwerten mittels eines mathematischen Modells bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass nicht nur mit Sensoren direkt gemessene Werte sondern auch indirekt bestimmte Werte verwendbar sind.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung sind, dass Sensoren zur Bestimmung von Messgrößen mit dem Umrichter elektrisch verbunden sind, der Umrichter mindestens einen flüchtigen Speicher umfasst, vom Umrichter und/oder von einer weiteren Vorrichtung mindestens ein nichtflüchtiger Speicher umfasst ist, und dass der nichtflüchtige Speicher mit dem flüchtigen Speicher derart zum Datenaustausch elektrisch verbindbar ist, dass die zweiten Werte auch für Ausfall der Stromversorgung der Vorrichtung dauerhaft abspeicherbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei Netzausfall die wesentliche Menge der Daten nicht verloren gehen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Zähler vorhanden. Von Vorteil ist dabei, dass in besonders einfacher und kostengünstiger Weise die Vorrichtung herstellbar ist, insbesondere sogar ohne Mikroprozessor.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung derart ausgeführt, dass zu jedem Schwellenwert ein Zähler zugeordnet ist, wobei der Zählerstand der Zähler jeweils einen zweiten Wert repräsentiert, wobei in jedem Zeitabschnitt während der Betriebszeit ein Zählerstand dann erhöht wird, insbesondere um ein Inkrement, wenn der jeweilige Wert für die jeweilige Messgröße gleich oder kleiner ist als der zum Zählerstand zugeordnete Schwellenwert und dieser Schwellenwert der kleinste all derjenigen Schwellenwerte ist, die größer sind als der Wert für die Messgröße. Von Vorteil ist dabei, dass ein äußerst geringer Speicherplatzbedarf notwendig ist.
Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bezugszeichenliste
n
Drehzahl
M
Drehmoment
t
Zeit
Δt
Zeitabschnitt
Die Erfindung wird nun anhand von einer Abbildung näher erläutert:
In der Figur 1 ist ein beispielhafter Zeitverlauf des Drehmoments M eines Antriebs schematisch gezeigt, der eine mechanische Last antreibt. Der zugehörige Drehzahlverlauf n ist ebenfalls in die Figur 1 eingezeichnet. Die Zeitachse ist mit t gekennzeichnet.
Der Antrieb umfasst dabei einen Elektromotor und ein Getriebe, das die mechanische Last antreibt. Im gezeigten Beispiel benötigt die Last im stationären Fall ein konstantes Drehmoment. Solche Antriebe sind bei Anlagen einsetzbar, wie beispielhaft Transportvorrichtungen für Menschen und/oder Güter bei Fließbändern.
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind auch Elektromotoren mit Bremse und/oder mit Winkel- oder Winkelgeschwindigkeits-Sensoren verwendbar. Darüber hinaus sind ein- oder mehrstufige Getriebe verwendbar.
Zur Versorgung des Elektromotors wird ein Umrichter eingesetzt. Dieser umfasst Sensoren, die zur Bestimmung von weiteren physikalischen Größen verwendbar sind. Insbesondere wird von der Software der Signalelektronik aus gemessenen Werten für Strom in regelmäßigen Zeitabständen ein Wert für Drehmoment bestimmt. Dabei verwendet die Software ein mathematisches Motormodell, wodurch der bestimmte Wert für Drehmoment auch geringfügige Abweichungen vom wahren physikalischen Wert des Drehmoments aufweisen kann, insbesondere bei nicht-stationären, sprunghaften Verläufen des Drehmoments. Auch ein Wert für Drehzahl ist mit der Software bestimmbar, wobei dieser Wert ebenfalls geringfügige Abweichungen vom wahren physikalischen Wert der Drehzahl aufweisen kann, insbesondere bei kleinen Drehzahlen oder der Drehzahl 0 U/min.
Umfasst der Antrieb bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen auch einen Winkel- oder Winkelgeschwindigkeitssensor, ist die Drehzahl sogar direkt und somit besonders gut erfassbar. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind auch andere Sensoren, wie beispielsweise Drehmomentsensoren einsetzbar, die dann ebenfalls einen direkteren und besseren Wert für Drehmoment zur Verfügung stellen.
Nach jedem Zeitabschnitt Δt wird erfindungsgemäß der Wert für Drehmoment und der Wert für Drehzahl detektiert und mit Schwellenwerten verglichen. Zu den Schwellenwerten sind jeweilige Zählerstände zugeordnet, die zu Beginn der Betriebszeit des Umrichters bei Erst-Inbetriebnahme auf Null gesetzt sind. Nach dem Vergleichen mit den Schwellenwerten wird der zum jeweiligen Schwellenwert zugehörige Zählerstand dann erhöht, wenn der Wert für Drehmoment oder Drehzahl gleich oder kleiner ist als der Schwellenwert und der Schwellenwert der kleinste all derjenigen Schwellenwerte ist, die größer sind als der Wert für Drehmoment oder Drehzahl. Dieses Erhöhen ist proportional zur Dauer der Zeitabschnitte. Bei regelmäßigen, gleich großen Zeitabschnitten wird der Zählerstand also inkrementiert.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind die Zeitabschnitte unregelmäßig und verschieden groß. Dabei wird der Zählerstand also um einen Betrag erhöht, der proportional zur jeweiligen Länge des betreffenden Zeitabschnittes ist.
Der zugehörige Zählerstand wird auch als zweiter Wert bezeichnet.
In einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weisen die Schwellenwerte eine gleichmäßige äquidistante Stufung auf. Der erste Schwellenwert liegt bei 10% des Nennwertes. Der zweite Schwellenwert bei 20 % des Nennwertes. Der n-te Schwellwert liegt dann bei n/10 * 100% des Nennwertes. Im zur Figur 1 gehörenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel läuft n von 1 bis 15 jeweils für Drehmoment und Drehzahl. Jedem Schwellwert ist ein Zählerstand zugeordnet.
Liegt der Wert für Drehmoment beispielsweise bei 35 % wird der vierte Zählerstand inkrementiert. In analoger Weise ist jedem Zählerstand eine jeweilige Drehzahl-Drehmoment-Kombination zugeordnet.
Die Zählerstände bilden eine zweifach indizierte, endliche Matrix und werden in der Figur 3 beispielhaft zweidimensional dargestellt. Dabei sind Abszisse und Ordinate Drehzahl und Drehmoment zugeordnet.
Eine beispielhafte Matrix von Zählerständen ist in Figur 3 gezeigt. Derjenige Bereich der Zählerstände, bei dem alle Größen unterhalb der Nennwerte, also 100%, liegen, ist dunkler gekennzeichnet.
In den Figuren 1 und 3 sind nur beispielhafte Verläufe und Daten dargestellt. Im Betrieb treten auch völlig andere Verläufe und Daten auf.
Aus der Matrix wird bei der Weiterverarbeitung der Daten durch einen Rechner mittels Addition aller Zählerstände die Gesamtzahl der Zeitabschnitte bestimmt. Mittels Division aller Matrixelemente durch diese Gesamtzahl entsteht aus der Matrix eine als Matrix dargestellte diskrete Häufigkeitsverteilung.
Diese Häufigkeitsverteilung wird dann zur Bestimmung des Belastungsgrades verwendet. Insbesondere werden die Matrixelemente mit jeweiligen Betriebsfaktoren multipliziert, wobei die derartig sind, dass das Überschreiten einer kritischen Zahl durch das jeweilige Multiplikationsergebnis eine unzulässige Belastung anzeigt.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird bei einer solchen unzulässigen Belastung der Antrieb abgeschaltet oder seine Leistung begrenzt.
Das Abspeichern der Zählerstände erfolgt in einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel im Umrichter selbst.
Besonderer Vorteil der Verwendung gleichgroßer Zeitabschnitte ist, dass eine Inkrementierung der jeweiligen Zählerstände ausreicht und somit das erfindungsgemäße Verfahren für eine äußerst große Zahl von Zeitabschnitten ausführbar ist. Dabei wird sogar nur ein äußerst kleiner Speicher benötigt. Dies ist in Figur 2 verdeutlicht. Ein beispielhafter Speicher für Zählerstände umfasst dort jeweils nur 4 Bytes. Damit ergibt sich bei einer Abtastrate von 1 kHz, also Zeitabschnitten von 0,001 s, im schlimmsten Fall eine maximal auswertbare Betriebszeit von 1193 Stunden, was 49,7 Tagen oder etwa 0,1 Jahren entspricht.
Bei einer Abtastung pro Sekunde ergibt sich im schlimmsten Fall eine maximal auswertbaren Betriebszeit von 136,2 Jahren. Erst dann besteht Gefahr des Überlaufens des Speichers für Zählerstand.
Der genannte schlimmste Fall tritt nur dann ein, wenn immer derselbe Zählerstand erhöht wird, also ein völlig gleichförmiger Betrieb vorliegt.
Für das in Figur 3 gezeigte Beispiel sind etwa 256 Zählerstände abzuspeichern. Der gesamte Speicherbedarf zum Abspeichern aller Zählerstände mit jeweils 4 Bytes beträgt also 1 kB.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind auch feinere und/oder nicht gleichmäßige äquidistante Stufungen der Schwellenwerte ausführbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen erfolgt ein weiteres Speichern der Zählerstände in größeren Zeitabständen, beispielhaft alle 15 Minuten, in einen nichtflüchtigen Speicher, wie EEPROM. Somit ist auch bei Stromausfall die Information im Wesentlichen nicht gefährdet. Nur die Daten der letzten 15 Minuten, also die zwischen letztem und vorletztem Zeitabstand erfassten Daten, gehen verloren.
Der nichtflüchtige Speicher ist in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel im Umrichter montiert. In einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist er zusammen mit einer weiteren elektronischen Schaltung in einem anderen Gehäuse montiert, wobei er über eine elektrische Schnittstelle mit dem Umrichter verbunden ist. Zur Auswertung kann dann ein Rechner verbunden werden und die Zählerstände an diesen PC übertragen werden. Bei'weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist er auch über einen Feldbus oder einen anderen Bus verbindbar. Alternativ sind die Daten auch in den nichtflüchtigen Speicher eines anderen Busteilnehmers oder des Zentralrechners übertragbar und dort auswertbar.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Antriebs,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jeweils nach einem Zeitabschnitt
    Werte für eine oder mehrere Größen bestimmt und/oder detektiert werden,
    die Werte jeweils mit Schwellenwerten verglichen werden,
    zweite Werte aus einem Speicher gelesen werden,
    abhängig vom Ergebnis des Vergleichens die zweiten Werte verändert werden und dann im Speicher gespeichert werden.
  2. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Größen Messgrößen oder von einer Software aus mindestens einer Messgröße bestimmte Modellgrößen sind.
  3. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Speichern in einen flüchtigen Speicher ausgeführt wird, dessen Werte nach größeren Zeitabständen, insbesondere 15 Minuten, in einen nichtflüchtigen Speicher geschrieben werden
    und/oder dass
    der Zeitabschnitt jeweils kleiner als eine Sekunde ist
    und/oder dass
    die Zeitabschnitte jeweils 50 Millisekunden betragen.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jeder Größe ein oder mehrere Schwellenwerte zugeordnet sind,
    und dass diese Schwellenwerte jeweils gemäß einer Stufung gewählt sind
    und/oder dass
    die Stufung derart ist, dass die Schwellenwerte konstant gestuft sind, also eine Folge bilden, wobei die Differenzen direkt aufeinander folgender Schwellenwerte der Folge gleich sind
    und/oder dass
    die Stufung derart ist, dass die Schwellenwerte logarithmisch gestuft sind, also eine Folge bilden, wobei die Differenzen des Logarithmus direkt aufeinander folgender Schwellenwerte der Folge gleich sind.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zu jedem zweiten Wert mindestens ein Schwellenwert gehört
    und/oder dass
    die Schwellenwerte jeweils entweder eine obere oder eine unter Schranke darstellen
    und/oder dass
    die Zeitabschnitte gleichgroß sind
    und/oder dass
    das Verändern der zweiten Werte ein Erhöhen ist
    und/oder dass
    das Erhöhen des zweiten Wertes proportional zum jeweiligen Zeitabschnitt ist
    und/oder dass
    die zweiten Werte gelesen werden, insbesondere von einem einen Mikroprozessor umfassenden System wie PC, zentraler Steuerungsrechner, Laptop oder dergleichen, und daraus ein Histogramm bestimmt wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Histogramm normiert wird
    und/oder dass
    das normierte Histogramm eine diskrete Häufigkeitsverteilung darstellt
    und/oder dass
    die zweiten Werte gelesen werden, insbesondere von einem einen Mikroprozessor umfassenden System wie PC, zentraler Steuerungsrechner, Laptop oder dergleichen, und daraus eine normierte kontinuierliche Häufigkeitsverteilung bestimmt wird
    und/oder dass
    die Häufigkeitsverteilung eine zwei- oder mehrdimensionale Funktion von zwei oder mehreren Größen ist.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Häufigkeitsverteilung eine zwei- oder mehrdimensionale Funktion von Drehmoment und Drehzahl ist
    und/oder dass
    die Schwellenwerte eine diskrete und/oder endliche Menge bilden.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Messgrößen ein Drehmoment, eine Drehzahl, einen Strom und/oder eine Spannung umfassen
    und/oder dass
    Drehmoment und/oder Drehzahl aus Messwerten mittels eines mathematischen Modells bestimmt werden.
  9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Sensoren zur Bestimmung von Messgrößen mit dem Umrichter elektrisch verbunden sind, der Umrichter mindestens einen flüchtigen Speicher umfasst,
    vom Umrichter und/oder von einer weiteren Vorrichtung mindestens ein nichtflüchtiger Speicher umfasst ist,
    und dass der nichtflüchtige Speicher mit dem flüchtigen Speicher derart zum Datenaustausch elektrisch verbindbar ist, dass die zweiten Werte auch nach Ausfall der Stromversorgung der Vorrichtung dauerhaft abgespeichert bleiben.
  10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens ein Zähler vorhanden ist
    und/oder dass
    die Vorrichtung derart ausgeführt ist, dass zu jedem Schwellenwert ein Zähler zugeordnet ist, wobei der Zählerstand der Zähler jeweils einen zweiten Wert repräsentiert,
    wobei in jedem Zeitabschnitt während der Betriebszeit ein Zählerstand dann erhöht wird,
    wenn der jeweilige Wert für die jeweilige Messgröße gleich oder kleiner ist als der zum Zählerstand zugeordnete Schwellenwert und dieser Schwellenwert der kleinste all derjenigen Schwellenwerte ist, die größer sind als der Wert für die Messgröße
    und/oder dass
    wobei in jedem Zeitabschnitt während der Betriebszeit ein Zählerstand um ein Inkrement erhöht wird.
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